電池で駆動可能なツェナー電圧計測回路：Design Ideas

ツェナーダイオードのツェナー電圧（降伏電圧）を計測するには、そのツェナー電圧よりも高いDC電圧が必要である。加えて、負荷に流れる電流についても考慮しなくてはならない。

[Vladimir Oleynik （ロシア），EDN]

　ツェナーダイオードのツェナー電圧（降伏電圧）を計測するには、そのツェナー電圧よりも高いDC電圧が必要である。図1において、抵抗R_SERによりDC電圧I_INからツェナー電圧V_ZENまでの降下電圧が決まる。そしてR_SERには、ツェナーダイオードが逆方向の降伏状態を安定して保持できるだけの電流I_ZENを流す必要がある。加えて、負荷に流れる電流I_LOADについても考慮しなければならない。そうしなければ、V_ZENの値は安定せず、スペックシートに書かれたツェナー電圧の値を下回ることになる。さらに、ツェナーダイオードが計測時に消費する電力がスペックシートに定められている値を超えないようにもしなければならない。

図1　ツェナー電圧計測の原理　ツェナーダイオードを流れる電流により、その両端に一定の電圧が生じる。

図2　ツェナー電圧の計測回路（その1）　LEDドライバが計測対象のLEDに電流を供給する。

　図2の回路は、1個または2個の単3/単4型電池を使用することで、20V〜25V程度のツェナー電圧を計測できるようにするというものだ。この回路の心臓部は米Diodes社のLEDドライバ「ZXLD381」である。これは、主として1.5V/1.2Vの電池で駆動することを前提とした製品であり、10Vの入力電圧にまで対応できる。

　図2の回路では、このLEDドライバからの出力パルスにより、10μFのコンデンサC₁を充電する。C₁としては、リーク電流の少ないものを使用しなければならない。このC₁の充電電圧により、抵抗R₁を介して被測定物であるツェナーダイオードD_TESTに定電流が流れる。2つの出力をそれぞれデジタルマルチメーター（DMM）のV端子とCOM端子に接続し、スイッチS₂を図2に示すよう下側にすることにより、ツェナー電圧を計測することができる。

図3　ツェナー電圧の計測回路（その2）　2つのLEDドライバを直列で動作させることにより、より高いツェナー電圧を計測できる。

　20V〜25Vのレベル以上のツェナー電圧を計測したい場合には、LEDドライバを追加すればよい（図3）。スイッチS_2.1、同S_2.2が上側の位置にあると、両方のLEDドライバが直列に接続され、0.7mAの電流によって約40Vまでのツェナー電圧が計測できる。一方、S_2.1、S_2.2が下側の位置にあれば、両方のLEDドライバは並列に接続され、数mAの電流によって約20V〜25Vのツェナー電圧の計測が可能になる。

　D₃の赤色LEDは抵抗R₁とツェナーダイオードD_TESTを流れる電流を視覚的に表示するために設けたものである。これは、流れる電流が多くなるほど明るく発光する。このような表示が必要なければ、D₃は取り除いてかまわない。なお、このD₃により、約1.8V〜2Vの電圧降下が生じる。

写真1　図3の回路の実装例　ツェナーダイオード両端の電圧をDMMで計測している。

　写真1は、図3のツェナー電圧計測回路を実装した例である。計測中のツェナーダイオードは米ON Semiconductor社の「BZX55C15RL」であり、そのツェナー電圧は13.8V〜15.6V。写真1でDMMに表示されている14.95Vという電圧は2.8mAの電流を流して計測したものである。

　なお、図3に示す回路を使えば、各種発光色のLEDのテストも行える。それには、ツェナーダイオードの代わりに、テストしたいLEDを順方向のバイアスがかかるように接続し、スイッチS_2.1、S_2.2を下側の位置にする。この回路は高効率であることから、数mAの電流で発光の始まる高輝度LEDを点灯させることも可能である。